專利名稱：：一種利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明專利受生物礦化原理啟發(fā)，選取了一種碳酸鹽礦化菌株，提供適宜的條件，使其在天然高分子海藻酸鈉為載體提供的微環(huán)境中，利用自身的酶化特性，在水泥基材料表面礦化沉積出一層碳酸鈣，起到防護(hù)和加固的作用，屬于微生物技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：作為如今使用最廣泛的建筑材料_水泥基復(fù)合材料，如混凝土，由于其服役環(huán)境中各種侵蝕性介質(zhì)的存在，使表面性能的逐漸下降，引起表面疏松剝落，微細(xì)裂縫等問(wèn)題。若不及時(shí)修復(fù)表面缺陷，侵蝕性介質(zhì)將進(jìn)一步滲入材料內(nèi)部，最終將導(dǎo)致其耐久性能的加速破壞。因此，水泥基材料的修復(fù)技術(shù)非常重要，目前，用于混凝土表面防護(hù)和加固主要有有機(jī)防水劑，聚合物砂漿，水泥基滲透結(jié)晶型材料等。這些材料在對(duì)混凝土表面防護(hù)中起了重要作用，但同時(shí)它們還存在一些缺陷，限制了它們的應(yīng)用范圍。例如，有的材料含有毒性成分，對(duì)人體和環(huán)境造成危害；有的材料耐久性不夠，如現(xiàn)在常用的環(huán)氧樹脂砂漿，由于收縮和老化的原因，其長(zhǎng)期效果不甚理想；有些有機(jī)物質(zhì)本身對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的污染。自然界中許多物質(zhì)具有生物礦化功能，即在生物的特定部位，在一定物理化學(xué)條件下，在生物有機(jī)物質(zhì)的控制或影響下，具有將溶液中的離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟V物的功能。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的水泥基材料修復(fù)中強(qiáng)度不夠有污染的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，選用了一種具有碳酸鹽礦化特性的菌株Bacilluspasteurii，使其在天然高分子在海藻酸鈉為載體提供的微環(huán)境中，利用自身的酶化特性，礦化沉積出一層碳酸鈣保護(hù)層。技術(shù)方案一種利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，步驟如下a.將巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至新配制的培養(yǎng)基中，在恒溫培養(yǎng)箱中振蕩培養(yǎng)；b.將上述生長(zhǎng)至穩(wěn)定期的菌株以50008000rpm離心58min;c.將離心后所得濃度為1.OX1091.OX1(Tcell/mL的高濃縮菌液涂抹于試樣表面，待表面風(fēng)干；d.將海藻酸鈉粘稠溶液涂抹于步驟c所得試樣表面，形成海藻酸鈉層；e.在海藻酸鈉層上滴加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、C和尿素的混合液，C和尿素的濃度為0.52mol/L，6h內(nèi)每小時(shí)滴加一次，接下來(lái)的6h每?jī)尚r(shí)滴加一次，最后每12h滴加一次，每次滴加的量為10004000ml/tf，持續(xù)四天。所述的海藻酸鈉粘稠溶液質(zhì)量體積濃度為1030g/L。所述的海藻酸鈉層厚13mm。所述新配制的培養(yǎng)基是牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中牛肉膏的含量為36g/L，蛋白胨的含量為510g/L。為了達(dá)到更好的效果，也可以在培養(yǎng)基中添加尿素，含量為20g/L。所述恒溫培養(yǎng)箱溫度設(shè)定為2537t:，初始控制pH:6.0_8.0。所述的菌株生長(zhǎng)至穩(wěn)定期是指對(duì)照所測(cè)菌株生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用分光光度計(jì)測(cè)定菌液混濁度0D值混濁度與菌液濃度成正比，當(dāng)其OD值在曲線上的穩(wěn)定期范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為此時(shí)的菌株處于穩(wěn)定生長(zhǎng)期。有益效果1.本發(fā)明充分利用自然界微生物的生物礦化作用，選用具有碳酸鹽礦化特性的菌株Bacilluspasteurii，使其在海藻酸鈉載體提供的微環(huán)境中，利用本身的酶化特性，在基材表面緩慢生成致密堅(jiān)硬的碳酸鈣，大幅度提高了基材的抗?jié)B性能，從而對(duì)基材起到了原位保護(hù)和加固的作用。2.選用的天然高分子海藻酸鈉載體，不僅對(duì)微生物無(wú)害，具有良好的傳質(zhì)性，為離心菌體恢復(fù)和保持活性提供了一種適宜的微環(huán)境。而且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，海藻酸鈉會(huì)逐漸被細(xì)菌分解，不會(huì)妨礙生成的碳酸鈣與基材的緊密結(jié)合。3.海藻酸鈉載體可以直接將菌株固定在基材表面，這樣就可以對(duì)基材進(jìn)行原位的防護(hù)和加固，適于實(shí)際應(yīng)用。4.而且碳酸鈣屬于無(wú)機(jī)材料，具有較好的耐候性，與基材有良好的相容性，能自動(dòng)平衡基材內(nèi)部各種應(yīng)力溫度應(yīng)力、結(jié)晶應(yīng)力等，并且防護(hù)材料失效后對(duì)基材造成的影響很小。5.同時(shí)由于所得碳酸鈣層是在細(xì)菌分泌的有機(jī)質(zhì)調(diào)控下生成，因此比一般化學(xué)法制得的碳酸鈣具有更優(yōu)良的性能，對(duì)基材可以起到有效的保護(hù)。6.本發(fā)明方法是一種環(huán)境友好，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的防護(hù)方法。圖1為不同放大倍數(shù)下的水泥石上所得復(fù)合膜中碳酸鈣顆粒的形貌圖。圖2為菌株生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明中選用了具有碳酸鹽礦化特性的菌株Bacilluspasteurii，巴氏芽胞桿菌，詳見沈德中.環(huán)境和資源微生物學(xué)[M].北京中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2003:65。菌株在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)繁殖至對(duì)數(shù)期后，為了原位防護(hù)和加固的需要，將菌液離心所得的高濃縮菌體直接刷涂至基材表面。離心菌體在海藻酸鈉載體創(chuàng)造的微環(huán)境中，利用外摻的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，底物尿素和Ca2+，生長(zhǎng)繁殖并進(jìn)行脲酶酶化作用。脲酶是一種誘導(dǎo)酶，在底物尿素的誘導(dǎo)下菌株產(chǎn)生脲酶，脲酶進(jìn)一步分解尿素產(chǎn)生CO/—和NH3，使微環(huán)境中的pH逐漸增加。由于細(xì)菌細(xì)胞表面帶有較多負(fù)電荷，所以C032—會(huì)附著在細(xì)菌的表面，與摻入的Ca2+結(jié)合生成CaC03。具體過(guò)程可如式13所示(NH2)2C0+2H20--^C032—+2NH4+(1)Cell+Ca2+=Cell_Ca2+(2)Cell-Ca2++C032—=Cell_CaC03(3)外摻的Ca2+首先會(huì)與海藻酸鈉結(jié)合生成海藻酸鈣凝膠，后續(xù)滴加的混合液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尿素分子和Ca2+逐漸滲入凝膠到達(dá)基材表面與菌體發(fā)生作用，在基材表面生成一層碳酸鈣。由于菌體的流動(dòng)性，在海藻酸鈣凝膠內(nèi)部也會(huì)生成一定量的碳酸鈣，最終得到一層碳酸鈣海藻酸鈣復(fù)合膜，這層膜與基材結(jié)合不牢，可以揭去，然而在基材表面直接生成的碳酸鈣與基材結(jié)合十分緊密，可以大幅度提高基材的抗?jié)B性。實(shí)施例1:將菌株Bacilluspasteurii接種至裝有培養(yǎng)基的三角瓶中培養(yǎng)基成分如表l所示，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中2537t:振蕩培養(yǎng)，初始pH條件控制在6.08.0，培養(yǎng)2436小時(shí)將生長(zhǎng)至穩(wěn)定期的菌株取出。將所得一定濃度的菌液以5000rpm離心6min，用200500iil微量新配制培養(yǎng)基洗出離心菌體得濃度為1.0X1091.0X10ell/mL的高濃縮菌液，用畫筆刷(0.8lcm寬)輕輕地將菌液涂抹在3cmX3cmX3cm水泥石基材表面，等表面風(fēng)干后，再用另一畫筆刷將海藻酸鈉粘稠溶液質(zhì)量體積濃度為10g/L涂抹于基材表面。海藻酸鈉層約13mm厚。然后在海藻酸鈉層上滴加新配制的培養(yǎng)基、C和尿素混合液，Ca"和尿素的濃度為0.52mol/L，起初6h內(nèi)每小時(shí)滴加一次，接下來(lái)的6h每?jī)尚r(shí)滴加一次，最后每12h滴加一次，每次滴加的量為10004000ml/m、持續(xù)四天。四天后，在水泥石表面生成一層白色膜，揭開膜層發(fā)現(xiàn)有一層白色物質(zhì)與基材結(jié)合緊密。將稀鹽酸滴在膜和基材的白色物質(zhì)上，均有大量氣泡生成，根據(jù)前期研究可得出，可揭開的膜是碳酸鈣海藻酸鈣的復(fù)合膜，與基材緊密接觸的白色物質(zhì)是碳酸鈣。復(fù)合膜中碳酸鈣的形貌如圖l所示，碳酸鈣顆粒呈規(guī)則球形，粒徑約為34ym，且分布均勻。在碳酸鈣顆粒的下面可明顯看到海藻酸鈣多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將揭去復(fù)合膜的水泥石烘干至恒重24h質(zhì)量變化小于0.1%，用蠟固封與被覆膜面相鄰的四個(gè)側(cè)面，使被覆膜面向下泡入10+lmm水中，測(cè)其毛細(xì)吸水系數(shù)K為0.00030.0004g.cm—2,s—1/2，與未經(jīng)微生物覆膜處理的水泥石毛細(xì)吸水系數(shù)0.00270.004g.cm—2.s—1/2相比，降低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明抗?jié)B性能得到很大幅度的提高。表l培養(yǎng)基成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2:將菌株Bacilluspasteurii接種至裝有培養(yǎng)基的三角瓶中(培養(yǎng)基成分如表2所示)，于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中2537t:振蕩培養(yǎng)，初始pH條件控制在6.08.0，培養(yǎng)2436小時(shí)取出。接下來(lái)的步驟同實(shí)施例1中的步驟。仍將所得處理后的水泥石將揭去復(fù)合膜測(cè)其毛細(xì)吸水系數(shù)K為0.00040.0008g.cm—2,s—1/2。表2實(shí)施例2中所用培養(yǎng)基成分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量(g)主要作用蛋白胨5.0提供氮源、碳源(能源)、生長(zhǎng)因子肉膏3.0提供氮源、碳源(能源)、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子尿素20.0菌林A酶化反應(yīng)參與底物蒸餾水1000.0提供水分權(quán)利要求一種利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于步驟如下a.將巴氏芽胞桿菌Bacilluspasteurii接種至新配制的培養(yǎng)基中，在恒溫培養(yǎng)箱中振蕩培養(yǎng)；b.將上述生長(zhǎng)至穩(wěn)定期的菌株以5000～8000rpm離心5～8min；c.將離心后所得濃度為1.0×109～1.0×1010cell/mL的高濃縮菌液涂抹于試樣表面，待表面風(fēng)干；d.將海藻酸鈉粘稠溶液涂抹于步驟c所得試樣表面，形成海藻酸鈉層；e.在海藻酸鈉層上滴加新配制的培養(yǎng)基、Ca2+和尿素的混合液，Ca2+和尿素的濃度為0.5～2mol/L，6h內(nèi)每小時(shí)滴加一次，接下來(lái)的6h每?jī)尚r(shí)滴加一次，最后每12h滴加一次，每次滴加的量為1000～4000ml/m2，持續(xù)四天。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述的海藻酸鈉粘稠溶液質(zhì)量體積濃度1030g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述的海藻酸鈉層厚13mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述新配制的培養(yǎng)基是牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中牛肉膏的含量為36g/L，蛋白胨的含量為510g/L。5.根據(jù)權(quán)利要求14任一所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述的新配制的培養(yǎng)基中含有尿素20g/L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述恒溫培養(yǎng)箱溫度設(shè)定為2537t:，初始控制pH:6.0-8.0。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法，其特征在于所述的菌株生長(zhǎng)至穩(wěn)定期是指對(duì)照所測(cè)菌株生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用分光光度計(jì)測(cè)定菌液混濁度OD值混濁度與菌液濃度成正比，當(dāng)其OD值在曲線上的穩(wěn)定期范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為此時(shí)的菌株處于穩(wěn)定生長(zhǎng)期。全文摘要本發(fā)明提供了一種利用海藻酸鈉固載菌株在水泥基材料表面覆膜的方法。充分利用自然界微生物的生物礦化作用，選用具有碳酸鹽礦化特性的菌株Bacilluspasteurii，使其在海藻酸鈉載體提供的微環(huán)境中，利用本身的酶化特性，在基材表面緩慢生成致密堅(jiān)硬的碳酸鈣，大幅度提高了基材的抗?jié)B性能，從而對(duì)基材起到了原位保護(hù)和加固的作用。而且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，海藻酸鈉會(huì)逐漸被細(xì)菌分解，不會(huì)妨礙生成的碳酸鈣與基材的緊密結(jié)合。海藻酸鈉載體可以直接將菌株固定在基材表面，這樣就可以對(duì)基材進(jìn)行原位的防護(hù)和加固，適于實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明方法是一種環(huán)境友好，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的防護(hù)方法。文檔編號(hào)C12R1/07GK101759438SQ20101001791公開日2010年6月30日申請(qǐng)日期2010年1月15日優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日發(fā)明者王劍云,王瑞興,錢春香申請(qǐng)人:東南大學(xué)